Cambridge Üniversitesi'ndeki bilim insanları, hareket sinyallerinin insan sinir sisteminde nasıl yol aldığını taklit eden, laboratuvarda yetiştirilmiş minik beyin ve omurilik sistemleri oluşturdu. Bu modeli kullanan ekip, bir zamanlar kalıcı olduğuna inanılan sinir hasarının aslında belirli koşullar altında tersine çevrilebileceğini keşfetti.

İnsan vücudu embriyodan fetüse ve nihayetinde bebeğe dönüşürken, nöronlar beyin ve omurilik arasında karmaşık iletişim ağları oluşturur. Bu sinyaller, nöronların mesaj göndermesine ve kas hareketini kontrol etmesine izin veren uzun sinir lifleri olan aksonlar aracılığıyla seyahat eder. Ancak zamanla, merkezi sinir sistemi hasarlı aksonları yeniden büyütme yeteneğini büyük ölçüde kaybeder. Sonuç olarak, beyin veya omurilik yaralanmaları genellikle kalıcı hale gelir ve felç veya hareket kaybı gibi ciddi sakatlıklara yol açar. Bu rejeneratif yetenek kaybı, motor nöron hastalığı ve multipl skleroz gibi nörolojik hastalıklarla da bağlantılıdır.

2021'de Dr. András Lakatos ve Cambridge Üniversitesi'ndeki meslektaşları, hastalardan alınan kök hücreleri kullanarak minyatür insan beyin modelleri geliştirdi. Bezelye büyüklüğündeki bu "beyin organoidleri" serebral korteksin bazı kısımlarına benziyordu ve araştırmacıların motor nöron hastalığıyla bağlantılı moleküler değişiklikleri incelemesine ve bunları önlemenin yollarını keşfetmesine olanak tanıdı. Şimdi, Cell Reports'ta yayınlanan yeni bir çalışmada araştırmacılar, bağlantılı insan beyni ve omurilik sisteminin minyatür bir versiyonunu inşa ederek bu çalışmayı genişletti. Beyin ve omurilik vücutta ayrı ancak bağlantılı yapılar olduğundan, ekip organoidleri laboratuvarda fiziksel olarak ayrı tuttu. Ardından beyin dokusundan gelen aksonların boşluğu geçip omurilik dokusuna bağlandığını gözlemlediler. Ortaya çıkan sinir devresi, minik kas hücresi kümelerinde kasılmaları tetikleyecek kadar işlevseldi.

Bilim insanları bu minyatür sistemleri laboratuvarda bir yıldan fazla süreyle korudu. Yaklaşık olarak hamileliğin orta evresine denk gelen 150. güne kadar hasarlı aksonların hala yeniden büyüyebildiğini keşfettiler. Bu noktadan sonra, nöronlar yenilenme yeteneklerinde büyük bir düşüş gösterdi. Cambridge Üniversitesi Klinik Sinirbilimler Bölümü'nden ve çalışmanın ilk yazarı George Gibbons şunları söyledi: "Daha az olgun organoidlerden alınan nöronlar, yaralanmadan sonra uzun lifler yeniden büyüttü, ancak daha olgun organoidlerden alınanlar yeniden büyüme yeteneklerinde keskin bir düşüş gösterdi. Başka bir deyişle, zayıf rejenerasyon, insan nöronları merkezi sinir sisteminde olgunlaştıkça içlerine yerleşmiştir."

Ekip, beyin ve omuriliği birbirine bağlayan nöronlardaki gen aktivitesini analiz etti. Çalışmaları, nöronlar olgunlaştıkça ve sinapslar oluşturdukça akson büyümesini sınırlayan biyolojik bir anahtar gibi davranan bir gen ağını ortaya çıkardı. Dikkat çekici bir şekilde, araştırmacılar bu ağ içindeki anahtar düzenleyicileri bloke ettiğinde, nöronlar yeniden akson büyütme yeteneği kazandı. Araştırmacılar ayrıca, bu yeni tanımlanan gen ağını etkileyen ilaçları belirlemek için bir ilaç bileşikleri veritabanını taradı. Umut verici adaylardan biri, halihazırda bazı adet bozuklukları ve kontraseptif kullanım için onaylanmış bir hormon ilacı olan lynestrenol'dü. İlaç hasarlı nöronlar üzerinde test edildiğinde, akson yeniden büyümesini önemli ölçüde iyileştirdi.

Bilim insanları, yara dokusu ve iltihabın da yaralanma sonrası sinir onarımına müdahale edebileceğini belirtti. Ancak, rejenerasyonu sınırlayan nörona özgü biyolojik mekanizmaları anlamak kritik derecede önemli olmaya devam ediyor. Önceki kanıtlar, daha genç nöronların normalde yaralanma bölgelerinde onarımı engelleyen ortamlarda büyüyebileceğini göstermiştir. Klinik Sinirbilimler Bölümü'nde çalışmaya liderlik eden kıdemli yazar Dr. András Lakatos şunları söyledi: "Beyin ve omurilik hasar gördüğünde, hareket sinyallerini beyinden omuriliğe taşıyan sinir lifleri nadiren geri büyür. Bu yüzden felç genellikle kalıcıdır. Ancak aksonların yenilenme yeteneğinin tam olarak ne zaman sınırlı hale geldiğini bilmiyorduk. Modelimiz, bu konuda iyi bir fikir veriyor."